砌體結構加固方法及其應用研究,砌體結構加固方法及其應用研究
砌體結構加固是提升既有建筑安全性、耐久性和使用功能的重要手段,廣泛應用于老舊建筑改造、抗震加固及災害修復等領域,當前常見的加固方法包括:1)外包混凝土加固法,通過增設鋼筋混凝土面層或構造柱提升整體性和承載力;2)鋼筋網砂漿面層加固法,利用鋼絲網與高強砂漿復合層增強抗剪與抗震性能;3)碳纖維布加固技術(CFRP),具有輕質高強、施工便捷的特點,適用于抗彎抗剪補強;4)增設鋼構件加固,如角鋼套箍或鋼拉桿,可顯著改善結構延性,新型材料如ECC(工程水泥基復合材料)和FRCM(纖維增強水泥基復合材料)因優異的抗裂性與粘結性能,逐漸成為研究熱點,實踐表明,加固方案需綜合考慮原結構損傷程度、受力特征及經濟性,抗震加固還需滿足"強柱弱梁"等設計原則,智能化監測技術與BIM輔助設計將進一步優化加固工程的精準性與效率,推動砌體結構加固技術向綠色化、標準化方向發展。
砌體結構常見病害及加固需求
砌體結構的主要病害包括:
- 裂縫:由于溫度變化、地基不均勻沉降或荷載作用導致。
- 承載力不足:因設計缺陷、材料劣化或使用功能改變(如增加樓層)引起。
- 抗震性能不足:老舊砌體結構往往未考慮抗震要求,在地震作用下易發生破壞。
- 耐久性降低:長期暴露于潮濕、凍融或化學侵蝕環境,導致砌體強度下降。
針對這些病害,砌體結構加固的主要目標包括:
- 提高結構的承載能力;
- 增強結構的整體性和抗震性能;
- 修復局部損傷,延長結構使用壽命。
砌體結構加固方法
1 鋼筋網水泥砂漿面層加固法
鋼筋網水泥砂漿面層加固法(簡稱“夾板墻法”)是一種經濟有效的加固方式,適用于墻體承載力不足或抗震性能較差的情況。
施工步驟:
- 清理原墻面,鑿除松散部分,并用水沖洗干凈。
- 在墻面鉆孔并植入拉結鋼筋,以增強新舊材料的粘結。
- 鋪設鋼筋網,并與拉結鋼筋綁扎固定。
- 分層涂抹水泥砂漿,養護至設計強度。
優點:
- 施工簡便,成本較低;
- 提高墻體抗壓、抗剪能力;
- 增強整體性,改善抗震性能。
缺點:
- 增加墻體厚度,可能影響建筑使用空間;
- 施工質量對加固效果影響較大。
2 外包鋼筋混凝土加固法
外包鋼筋混凝土加固法適用于承載力嚴重不足或需大幅提高抗震性能的砌體結構。
施工步驟:
- 在墻體兩側或單側綁扎鋼筋骨架。
- 支設模板,澆筑混凝土,形成鋼筋混凝土夾層。
- 養護至混凝土達到設計強度。
優點:
- 大幅提高墻體承載力;
- 抗震性能顯著增強;
- 適用于高層砌體結構加固。
缺點:
- 施工周期較長;
- 增加結構自重,可能影響地基承載力。
3 碳纖維布加固法
碳纖維布(CFRP)加固法是一種新型加固技術,適用于局部加固或提高抗震性能。
施工步驟:
- 清理并打磨墻面,確保表面平整。
- 涂刷環氧樹脂膠,粘貼碳纖維布。
- 滾壓排除氣泡,確保粘結密實。
- 表面防護處理(如涂刷防火涂料)。
優點:
- 施工快捷,幾乎不增加結構自重;
- 耐腐蝕,使用壽命長;
- 適用于不規則表面加固。
缺點:
- 成本較高;
- 對施工工藝要求嚴格,粘結質量直接影響加固效果。
4 增設構造柱和圈梁
對于抗震性能較差的砌體結構,增設構造柱和圈梁可顯著提高整體穩定性。
施工步驟:
- 在墻體交接處或轉角處鉆孔,植入鋼筋。
- 綁扎鋼筋骨架,支模澆筑混凝土構造柱。
- 在樓板或屋蓋位置增設鋼筋混凝土圈梁。
優點:
- 大幅提高結構的整體性和抗震能力;
- 適用于老舊砌體建筑的抗震加固。
缺點:
- 施工過程可能影響建筑正常使用;
- 需破壞部分原有結構,施工難度較大。
5 壓力灌漿加固法
壓力灌漿加固法適用于砌體結構存在裂縫但整體性尚好的情況。
施工步驟:
- 清理裂縫,埋設灌漿嘴。
- 采用專用灌漿設備注入環氧樹脂或水泥基漿液。
- 待漿液固化后,修補表面。
優點:
- 有效修復裂縫,恢復結構整體性;
- 施工速度快,對建筑使用影響小。
缺點:
- 僅適用于裂縫修復,對承載力提升有限;
- 灌漿材料的選擇對加固效果至關重要。
加固方法的選擇與優化
在實際工程中,砌體結構加固方法的選擇需綜合考慮以下因素:
- 結構損傷程度:輕微裂縫可采用灌漿法,嚴重損壞需采用外包混凝土或碳纖維加固。
- 抗震要求:地震高烈度區應優先采用增設構造柱、圈梁或鋼筋網砂漿面層加固。
- 經濟性:碳纖維布加固成本較高,而鋼筋網砂漿面層經濟性較好。
- 施工條件:部分加固方法(如外包混凝土)需較大施工空間,可能影響建筑正常使用。
優化建議:
- 結合多種加固方法,如采用碳纖維布局部加固與構造柱整體加固相結合;
- 采用無損檢測技術(如超聲波、紅外成像)評估加固效果;
- 優先選擇綠色環保材料,如低收縮灌漿料、高性能纖維復合材料。
工程應用案例
案例1:某學校砌體教學樓抗震加固
- 問題:建筑建于20世紀80年代,未考慮抗震設防,墻體存在裂縫。
- 加固方案:采用鋼筋網水泥砂漿面層加固墻體,并增設構造柱和圈梁。
- 效果:加固后結構抗震性能滿足現行規范要求,使用至今未出現新裂縫。
案例2:歷史砌體建筑修復
- 問題:某磚木結構歷史建筑因年久失修,墻體局部傾斜。
- 加固方案:采用碳纖維布加固受損部位,并結合壓力灌漿修復裂縫。
- 效果:在保持建筑原貌的同時,提高了結構安全性。
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